[发明专利]一种热载流子效应和总剂量效应的耦合仿真方法

说明书

本发明公开了一种热载流子效应和总剂量效应的一种耦合仿真方法，主要解决现有技术无法准确得到NMOS场效应管电学特性随时间变化的问题，其实现方案是：利用TCAD工具的Sentaurus软件进行建模得到NMOS器件结构；对该器件利用施加的热载流子应力提取出器件的栅氧化层电荷和界面态陷阱电荷浓度进行仿真，得到器件在热载流子应力下的电学特性；然后激活Radiation模型进行总剂量效应和热载流子效应的耦合仿真，得到器件在耦合应力下的退化特性。本发明相比现有技术采用加固定电荷的方法，能更加准确的反映出总剂量效应对热载流子效应的影响，可用于获得NMOS场效应晶体管的电学特性。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种热载流子效应和总剂量效应的耦合仿真方法，可用于获得NMOS场效应晶体管的电学特性。

背景技术

绝缘体上硅SOI技术是上个世纪末以来集成电路领域兴起的研究热点，并且伴随着 SOI技术应用的快速发展和逐渐成熟，SOI器件因其具有的优点而被广泛用于航天技术。

SOI器件相较于体硅器件，消除了闩锁效应，减小了软误差率和寄生电容、泄漏电流，并且器件隔离工艺更加简单，浅结制作更加方便。但是，随着器件尺寸不断缩小， SOI器件也会遭受热载流子效应的损伤，并且因为埋氧层的存在，使得对于其热载流子损伤方面的研究比相应的体硅器件复杂得多，并且在空间长时间运行的设备和器件，也会受到空间辐射效应总剂量的影响而使得器件寿命降低。对于上面出现的热载流子效应和总剂量效应的研究，国内外无论是器件可靠性还是空间效应的模拟实验，都是采用单机理的地面模拟方式。以往基于HCI效应的仿真都是通过在氧化层中加固定电荷和在界面处加陷阱电荷模拟，但由于真实器件在热载流子实验中所加的偏置电压以及产生的电荷浓度是随着应力时间的增加而逐渐变化的，加固定电荷和陷阱电荷无法模拟不同应力偏置电压下的热载流子效应，具有极大的不确定性。因此基于TCAD的新型HCI仿真方法的研究就显得非常必要，同时，在实际的太空辐射环境下，器件的电离辐射效应也是很复杂的。由于实际的辐照环境中，TID效应和HCI效应都是积累性的效应，一般情况下不会对电路或器件造成灾难性的损伤，它们主要会影响器件的基本电学特性，使其变差，这个时间往往会经过很长时间(几万秒)。在空间应用中，NMOS场效应晶体管同时面临着总剂量效应和自身热载流子效应的影响，总剂量对器件的影响主要为在STI 区域产生氧化物陷阱电荷与界面态，该带正电的氧化物陷阱电荷是造成器件漏电与阈值电压漂移的关键因素。同时，HCI效应也是由于沟道电场的增大而产生的电学参数退化，更重要的是电离辐射产生的氧化物陷阱电荷与界面态对器件沟道电场与热载流子迁移率有直接影响。现有TID效应会导致器件电学特性在自身HCI效应影响下产生更大的器件电学特性的退化，也就是说TID效应会加剧HCI效应为，因此HCI与TID耦合效应实质上是TID对HCI效应的影响。由于实验环境限制，耦合研究大部分只能通过TCAD 的仿真。

现有的TCAD仿真方法是在器件栅氧化层中加入固定电荷来模拟HCI效应和TID效应对器件造成的损伤，但这种方法无法反映出器件在不同偏置电压、不同应力时间、不同辐照剂量率以及不同辐照剂量下的陷阱电荷浓度随时间的变化关系，无法准确的得出器件电学特性。

发明内容

本发明的目的在于针对上述解决现有技术的不足，提供了一种热载流子效应与总剂量效应的耦合仿真方法，以在不同偏置电压、不同应力时间、不同辐照剂量率以及不同辐照剂量下，获得器件陷阱电荷浓度随时间的变化关系，从而准确的得出器件电学特性的退化。

为实现上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

1、一种热载流子效应与总剂量效应的耦合仿真方法，其特征在于，包括：

⑴利用工艺及器件仿真工具TCAD中Sentaurus软件对基于SOI工艺的NMOS场效应晶体管进行三维结构建模，得到用于热载流子效应研究的三维器件结构模型；

⑵在Sentaurus软件的计算模型中提取该三维器件结构的陷阱电荷浓度和界面态浓度随时间的变化关系，并对其进行多项式拟合，得到拟合后的函数模型；